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第十三章 自动装置 第一节 概述 发电厂电气自动装置(或称电气自动控制装置)有两种类型：即自动调节装置和自动操作装置。前者如发电机励磁自动调节装置、频率及有功功率自动调节装置；后者如同步发电机自动并列装置。 电气自动控制装置是自动控制系统中的主要环节。任何一个自动控制系统可以用图13-1所示的框图来表示。控制对象的运行状态信息传送给自动控制装置，自动控制装置对送来的信息进行综合分析，按控制要求发出控制信息，即控制指令以实现其预定的控制目标。 13-1典型自动控制系统图 13－2发电自动控制示意图 根据电力系统的组成和特点，其自动控制系统大致划分为如下几个方面。 电力系统自动监视和控制电力系统自动监视和控制，其主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。电力系统中各发电厂、变电所把反映电力系统运行状态的实时信息，由远动终端装置送至调度控制中心的计算机系统，由计算机及时地对电力系统的运行进行分析并通过人机联系系统显示出来，供运行人员参考。这样不仅为运行人员集中精力指挥电网运行创造条件，而且由于安全分析后所及时采取的预防性措施，可极大地提高电网运行的安全性。同时在计算机的经济运行软件支持下，能大大提高电力系统的经济运行水平。 电厂动力机械自动控制电厂的动力机械随电厂类型不同而有很大的差别，如水电厂、火电厂、核电厂等，它们的动力设备截然不同，其控制要求和控制规律相差很大。电厂动力机械的自动控制是电厂自动控制的主要组成部分。新建的200MW 以上的汽轮发电机组，需配置专用计算机进行监控。 电力系统自动装置发电厂、变电所电气主接线设备运行控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。 同步发电机是能量转换产生电能的机械，如图13-2 所示。它有两个可控输入量——动力元素和励磁电流，其输出量为有功功率和无功功率，它们还分别与电网的频率和发电机端电压的电能质量有关。如图13-2 中所示的P—f 控制器和Q—U 控制器，是电力系统维持电能质量的自动装置。 电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。例如按运行计划发电机并网运行的操作为正常操作。电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。针对电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。电气设备操作的自动化是电力系统自动化的基础。 第二节 同步发电机的自动并列 电力系统中的各发电机组都是并列运行的。所谓并列运行，就是系统中各发电机转子以相同的电角速度旋转，各发电机转子间的相角差不超过允许的极限值；且发电机出口的折算电压近似地相等。只有满足这些条件，电力系统中的发电机才能并列运行。此时，发电机在系统中的运行又称为同步运行。 同步发电机乃至各个电力系统联合起来并列运行，可以带来巨大的经济效益。一方面，可以提高供电的可靠性和电能质量：另一方面，又可使负荷分配更加合理，减少系统的备用容量和充分利用各种动力资源，以达到经济运行的目的。 一般说来，发电机组在投入电力系统并列运行以前，与系统中的其它发电机是不同步的。 如果要使它与系统中已运行的其它发电机并列运行，则必须按一定的要求完成各种操作。这种将发电机投入电力系统并列运行的操作，称为并列操作或同期操作。用于完成并列操作的装置，称为同期装置。并列操作是发电厂一项重要且需经常进行的操作，必须认真对待，以便在并列操作以后，发电机能很快达到同步运行的目的。正常运行时，随着负荷的波动，电力系统中发电机运行的台数也要经常变动。同步发电机要经常进行并列操作，以便将机组投入系统并列运行。发生事故时，也往往要通过并列操作，将备用发电机迅速投入电网运行，以迅速恢复整个系统的正常运行。并列操作必须准确无误，否则，若操作不当或发生误操作，将会对电力系统带来极其严重的后果：1）可能产生巨大的冲击电流，甚至比机端短路电流还要大得多；2）会引起系统电压严重下降；3）使电力系统发生振荡以至使系统瓦解；4）冲击电流所产生的强大电动力还可能对电气设备造成严重的损坏，以致在短时期内难以恢复等。为了使并列操作后电机迅速拉入同步，在操作之前一般都应该根据不同的并列方法使待并发电机满足一定的条件。不论采取哪一种操作方法，应该共同遵循的基本要求和原则是： 并列操作时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值不应超过允许值（如：1～2 倍的额定电流）； 发电机投入系统后，应能迅速拉入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。 同步发电机的并列方式 同步发电机的并列方法可以分为：准同期并列和自同期并列两种，它们的使用条件与使用情况也不相同。在电力系统中，目前采用的并列有两种方式，即准同期和自同期：两种并列方式又可以是手动操作的，也可以是自动的。 准同期并列 准同期并列是将未